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振華航空芯知識：DRAM，新競賽
發布時間：2024/10/29
三星電子和SK海力士等韓國最大的兩家半導體公司正在關注下一代刻蝕技術“低溫”。最初，該技術是針對高堆棧 NAND 開發的，但最近發現正在進行測試，以將其應用于下一代 DRAM。 據業內人士28日消息，三星電子、SK海力士等韓國主要存儲器企業已開始準備將低溫刻蝕技術應用于DRAM。 蝕刻是半導體制造工藝的關鍵要素，是去除晶圓上不必要的材料部分的工藝。廣泛應用于存儲器和系統半導體領域。 特別是，低溫蝕刻技術最近引起了半導體行業的關注。低溫蝕刻是一種在高達-60°C至-70°C的環境下進行蝕刻過程的技術。現有的蝕刻是在高達-20℃至30℃的環境下進行的。 在低溫環境下，化學反應性降低，無需保護膜即可進行精確蝕刻。蝕刻速率（每分鐘蝕刻薄膜的孔深度）也得到提高。 由于這些優勢，低溫蝕刻將應用于三星電子的下一代 NAND“V10”。V10是三星電子計劃明年量產的下一代NAND，預計是430單元的NAND。 此外，三星電子和SK海力士正準備將低溫蝕刻技術應用于下一代DRAM。據了解，目前已從全球主要裝備公司引進低溫設施，正在進行實際應用測試。 半導體行業的一位官員表示，“三星電子目前正在測試低溫蝕刻設備，該設備打算僅應用于現有的 V10 NAND 至 DRAM 生產線”，并補充道，“我們也在最后與合作伙伴分享了相關計劃”第三季度。” 另一位官員解釋說，“SK海力士正在制定一項計劃，將低溫引入‘下電極’（存儲節點）的制造中，‘下電極’（存儲節點）是DRAM中電容器的一個組成部分。”電容器是一種臨時存儲電荷的裝置。 預計低溫刻蝕最早將在D1d（第七代10納米DRAM）開始應用于DRAM量產工藝。目前，存儲器行業正在準備從明年開始量產上一代D1c。 此外，由于DRAM是HBM（高帶寬內存）的關鍵要素，預計將對下一代HBM市場產生影響。HBM是一種通過垂直堆疊多個DRAM來顯著提高數據處理性能的存儲器。此外，業界認為低溫也可以應用于 TSV（通過硅電極），這是 HBM 制造的關鍵工藝。 一位半導體行業相關人士表示，“無論蝕刻什么材料，較低的溫度一般都有利于蝕刻，因此未來低溫技術可以應用的領域有很多。雖然存在很多技術挑戰，但未來很有可能應用于 HBM 的量產。”“去做吧，”他說。
三星押注 1c-nm DRAM
據報道，三星電子正在推進其 1c 納米 DRAM，這被視為該公司與高帶寬內存 (HBM) 競爭對手競爭的關鍵潛力。 近日，韓媒報道稱，在三星董事長李在镕的領導下，大批工程師被調往內存部門，協助建立1c-nm DRAM產線和開發第六代HBM4產品。
三星 1c-nm DRAM 的開發吸引了眾多韓國媒體的關注，因為它對增強三星在 HBM 領域的競爭力具有重要意義。許多人將三星 HBM3 和 HBM3E 向 Nvidia 發貨延遲歸咎于該公司使用的是低代 1a-nm DRAM，而競爭對手使用的是 1b-nm DRAM。
1c-nm DRAM 預計將對三星第六代 HBM4 至關重要，或許可以讓該公司超越競爭對手，然而，一些業內人士對這種做法仍持懷疑態度。
報道指出，三星似乎已準備好將 1c-nm DRAM 融入 HBM4 內存中，而其主要競爭對手 SK 海力士和美光科技則均計劃在其 HBM4 產品中使用 1b-nm DRAM。
市場觀察人士認為，三星打算通過使用更先進的 DRAM 技術來提升其 HBM 競爭力，以扭轉目前落后的地位。
盡管如此，許多韓國業內人士仍對三星的 HBM 技術路線圖表示擔憂，認為這可能會破壞與 DRAM 和 HBM 技術相關的現有協議和標準。
DRAM 的性能穩定性直接影響 HBM 產品的功效，因為 HBM 是由 DRAM 構成的。公司高層表示，公司最初開發 DRAM 是為了計算和移動設備，然后才將其應用于 HBM，以確保產品的可靠性。
不過，三星可能會簡化或繞過上述流程。考慮到設備投資時間表，1c-nm DRAM 的全面量產可能要到 2025 年上半年，與 HBM4 的量產計劃之間只有不到一年的時間。根據三星的生產計劃，其新一代 1c-nm DRAM 的首批應用可能是 HBM，這與三星以往的做法有所不同。
相比之下，據業內人士稱，競爭對手 SK Hynix 于 2024 年 8 月開發了基于 1c-nm 工藝技術的 16Gb DDR5 DRAM，但并不打算將其應用于 HBM4，據報道優先考慮 HBM 穩定性而不是性能增強。
據此前報道，三星最近在 1c-nm DRAM 開發中取得了第一顆“好芯片”，這讓公司內部燃起了一絲樂觀的希望。然而，專家認為，三星要想實現 1c-nm DRAM 的持續量產，仍需要大量的準備工作。三星目前的良率可能低于 10%，因為其獲得的高質量芯片數量與其加工的晶圓數量相比不足。
另一邊，據韓國媒體近日報道，三星董事長李健熙近日將系統LSI和晶圓代工部門的開發人員調至內存部門，彰顯了該公司致力于加速HBM和下一代內存技術的進步，以應對三星半導體業務面臨的挑戰。
三星第六代 HBM4 的開發不僅需要內存技術人才，還需要具備邏輯芯片開發經驗的晶圓代工廠和系統 LSI 人員。與前幾代產品不同，HBM4 在底部有邏輯芯片，其功能類似于 CPU，用于管理 HBM 操作。
據報道，三星的一些晶圓代工人員已被重新分配到內存部門，以協助 HBM4 的開發。
此外，有傳言稱，三星已一反常態地與代工競爭對手臺積電聯手，彰顯其重新奪回 HBM 技術領先地位的決心。
SK海力士開發出業界首款1c DDR5
八月底，SK海力士宣布，它已經開發出業界首款采用其 1c 節點（10nm 工藝的第六代）制造的 16Gb DDR5。 這一成功標志著存儲器制程技術開始極限微縮至接近10納米的水平。 10nm級DRAM技術的微縮工藝不斷推進，難度不斷增加，但SK海力士憑借業界領先的第五代10nm工藝1b技術，在業界首次提高設計完成度，突破技術限制。 SK海力士表示，將在年內準備好量產1c DDR5，并于明年開始批量出貨。 為了減少工藝推進過程中可能出現的錯誤，并以最有效的方式轉移被譽為性能最佳的DRAM的1b的優勢，該公司將1b DRAM的平臺擴展用于1c的開發。 新產品在極紫外（EUV）光刻工藝中采用新材料，同時優化了EUV光刻的整體應用工藝，與上一代產品相比，成本競爭力有所提升。SK海力士還通過設計方面的技術創新，將生產效率提高了30%以上。 預計將用于高性能數據中心的 1c DDR5 的運行速度比上一代提高了 11%，達到 8Gbps。由于功率效率也提高了 9% 以上，SK 海力士預計，在 AI 時代的發展導致功耗增加的背景下，采用 1c DRAM 將有助于數據中心將電力成本降低多達 30%。 DRAM 開發負責人 Kim Jonghwan 表示：“我們致力于將具有最佳性能和成本競爭力的 1c 技術應用于我們的主要下一代產品（包括 HBM 1、LPDDR6 2和 GDDR7 3），為客戶提供差異化價值。”“我們將繼續努力保持在 DRAM 領域的領先地位，并成為最值得信賴的 AI 內存解決方案提供商。”
向DRAM投入大量資金
自誕生以來，DRAM 行業就一直經歷著產量增加和產量縮減的周期，以提高利潤。但現在，兩大制造商將斥資數十億美元大幅增加 RAM 芯片產量，以滿足對 AI 計算機永無止境的需求。 三星和 SK 海力士生產各種 DRAM，包括用于 PC 主板的 DDR4 或 DDR5，以及用于顯卡的 GDDR6（現在是 GDDR7）。但對于超級處理器，如 AMD 的Instinct MI300和 Nvidia 的H100，首選內存是所謂的高帶寬內存 (HBM)。 HBM 的特殊之處在于它由多個堆疊在一起的 DRAM 芯片組成，電力和數據通過垂直穿過芯片的電線傳輸（稱為“硅通孔”，簡稱 TSV）。并行訪問大量內存可大幅提高讀/寫帶寬。 三星最新的HBM3 Icebolt內存使用了 12 層最新的 10 nm DRAM 芯片，總共 16 或 24 GB。AMD Instinct MI300 有八個 HBM3 模塊（128 GB GPU 內存），這意味著僅一個加速器就有 96 個 DRAM 芯片。因此，據《韓國經濟日報》報道，三星和 SK 海力士正在投入大量資金來增加產量。 現在，您可能會想：“嗯，這一切都很有趣，但這只是針對 AI，而不是 PC 游戲。”但事情是這樣的：用于 HBM 的 DRAM 芯片理論上也可以用于其他應用，例如系統 RAM 或顯卡 VRAM。 HBM 之前也曾用于后者——AMD 是第一家在其Radeon RX Fury系列中使用 HBM 的 GPU 制造商，隨后在RX Vega 64及其同類產品中也使用了 HBM。最新支持 HBM 的游戲顯卡是Radeon VII，遺憾的是，自那以后我們就再也沒有見過它了，因為 GDDR6X 和 GDDR7 的絕對速度提供了足夠的帶寬。 但是，如果市場上充斥著 HBM 模塊的備用芯片，我們可能會看到它在高端市場的回歸，盡管它僅適用于 Nvidia 顯卡，因為AMD暫時退出了該領域。 如果人工智能泡沫破滅，三星和 SK 海力士也有可能最終會擁有大量不再需要的 DRAM 芯片，并可能被重新用于其他產品。我不知道用于 HBM 模塊的內存作為標準系統 RAM 的效果如何，但你永遠不知道——我們可能會再次看到內存價格回到非常低的水平。 然而，由于科技界仍然一心要將一切人工智能化，因此 PC 游戲目前不太可能從 DRAM 產量增加中獲得任何好處。